Unidade 8 - Calorimetria. Conceitos, definições e Calorimetria.

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1 Unidade 8 - Calorimetria Conceitos, definições e Calorimetria.

2 CALOR Calor é energia térmica em trânsito entre corpos de diferentes temperaturas. Considere dois corpos A e B em diferentes temperaturas T A e T B, tais que a temperatura do corpo A seja maior que a temperatura do corpo B; Cada corpo possui energia térmica e essa energia é transferida do corpo de maior temperatura, no caso acima A, para para o corpo de menor temperatura (corpo B); A transferência da energia térmica cessa no momento em que os dois corpos atingirem a mesma temperatura: o EQUILÍBRIO TÉRMICO.

3 UNIDADES DE MEDIDAS A unidade de calor, no SI, é o Joule (J); Ainda se usa bastante a caloria (cal). 1cal 4,186 J Uma caloria (1cal) é a quantidade de calor necessária para variar em 1ºC a temperatura de 1g de água.

4 Capacidade térmica e calor específico Suponhamos que ao fornecer certa quantidade de calor Q a um corpo de massa m, sua temperatura varie t. Definimos Capacidade Térmica C de um corpo como sendo a quantidade de calor necessária por unidade de variação da temperatura do corpo: C Q t

5 CALOR ESPECÍFICO Quando consideramos a capacidade térmica da unidade de massa temos o calor específico c da substância considerada. c C m

6 Tabela com alguns valores de calor específico. (p. 26) Substância Calor Específico (cal/g. o C) água 1, álcool,58 alumínio,219 chumbo,31 cobre,93 ferro,11 gelo,55 mercúrio,33 prata,56 vidro,2 vapor d'água,48 O calor específico possui uma certa variação com a temperatura. A tabela mostra um valor médio.

7 CALOR SENSÍVEL E CALOR LATENTE Quando um corpo recebe energia, esta pode produzir variação de temperatura ou mudança de estado. Quando o efeito produzido é a variação de temperatura, dizemos que o corpo recebeu calor sensível. Se o efeito se traduz pela mudança de fase, o calor recebido pelo corpo é dito calor latente.

8 EXEMPLO Ao colocar no fogo uma barra de ferro, logo verificamos que ela se aquece, isto é, sofre uma elevação na sua temperatura. Se, entretanto, fizermos o mesmo com um bloco de gelo a ºC, verificaremos que ele se derrete, isto é, se transforma em líquido, mas sua temperatura não se modifica.

9 MUITO IMPORTANTE! A capacidade térmica é uma característica do corpo e não da substância. Portanto, diferentes blocos de alumínio têm diferentes capacidades térmicas, apesar de serem da mesma substância. Calor específico é uma característica da substância e não do corpo. Portanto cada substância possui o seu calor específico.

10 EQUAÇÃO FUNDAMENTAL DA CALORIMETRIA Definimos a capacidade térmica, C, e o calor específico, c, respectivamente, como segue: Q C t c C m Isolando C na segunda equação e substituindo-o na primeira, obtemos: Q m. c. t

11 UNIDADES DE MEDIDAS Unidades usuais Unidades do SI Q...cal...Joule (J) m...grama (g)...quilograma (kg) t...celsius ( o C)....Kelvin (K) c...cal/g. o C..J/kg.K

12 Sistema termicamente isolado No sistema termicamente isolado representado, certamente, a temperatura inicial de A é maior que a temperatura inicial de B. Por esse motivo, A doa calor para B até que seja atingido o equilíbrio térmico entre dois corpos. Assim, Q A < (cede calor) e Q B > (recebe calor). Como a troca de calor ocorre somente entre os corpos do sistema, todo o calor cedido por A é recebido por B. Dessa forma, os módulos de Q A e Q B são iguais e, consequentemente, Q A + Q B. E de acordo com o princípio de conservação temos: Q + Q + Q Q n

13 Exemplo de Aplicação 1 (UNIFESP) Dois corpos A e B, com massas iguais e a temperatura t A 5ºC e T B 1ºC, são colocados em contato até atingirem a temperatura em equilíbrio. O calor específico de A é o triplo do de B. Se os dois corpos estão isolados termicamente, a temperatura, de equilíbrio é: QA+ QB a) 28ºC ma. c. θa+ mb. c. θb b) 3ºC m.3c.( θ 5) + mc..( θ 1) c) 37ºC 3mcθ 15mc+ mcθ 1mc d) 4ºC 4mcθ 16mc e) 45ºC 4mcθ 16mc 4θ 16 θ º C

14 Exemplo de Aplicação 2 (FATEC-SP) Um frasco contém 2g de água a ºC. Em seu interior é colocado um objeto de 5g de alumínio a 8 ºC. Os calores específicos da água e do alumínio são respectivamente, 1 cal/gºc e,1 cal/gºc. Supondo-se não haver trocas de calor com o frasco e com o meio ambiente, a temperatura de equilíbrio dessa mistura será: QA+ QB a) 6ºC ma. c. θa+ mb. c. θb b) 16ºC 2.1.( θ ) + 5.,1.( θ 8) c) 4ºC 2θ + 5θ 4 d) 32ºC θ θ 25 θ 16º C

15 Calorímetro Para conseguirmos, realmente, isolar um sistema, usamos recipientes com paredes feitas de material isolante térmico, como isopor, madeira ou borracha. Dessa forma, impedimos a troca de calor entre aquilo que está dentro e fora desses recipientes, denominados calorímetro.

16 Calorímetro

17 Calorímetro Para um número N qualquer de corpos com temperaturas diferentes colocados num mesmo calorímetro, temos: Se o calorímetro utilizado for considerado ideal, a quantidade de calor trocada entre as paredes internas dele e os corpos que estão em seu interior será desprezível. Q calorímetro

18 Calorímetro Se o calorímetro utilizado for considerado não ideal, essa quantidade de calor deverá ser levado em consideração. Q calorímetro

19 Exemplo de Aplicação C g cal c c c c c c c m c m Q Q Q B B A A cal B A º /, ).( ) 2.1.( θ θ

20 Exemplos de Aplicação C C c m c m Q Q Q cal cal B B A A cal B A 15º ) 4.( 23,8) 5.,5.( 1) 4.1.( θ θ θ θ θ θ θ θ

21 Mudança de Fase

22 Mudança de Fase

23 Mudança de Fase

24 Mudança de Fase

25 POTÊNCIA É a grandeza que expressa a quantidade de energia fornecida por uma fonte a cada unidade de tempo. É a rapidez com a qual uma certa quantidade de energia é transformada. Q P t Unidades usuais Unidades do SI Q...cal...Joule (J) t...minuto (min)......segundo (s) P cal/min. Watt (W) J/s